Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Công - CHƯƠNG 2 KHUNG BTCT

Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Công CHƯƠNG KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.1 KHÁI NIỆM 2.2 PHÂN LOẠI 12 Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Công 2.3 KHUNG BÊTƠNG CỐT THÉP TỒN KHỐI 2.3.1 CẤU TẠO KHUNG VÀ NÚT KHUNG 13 Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Công 14 Tài liệu Bêtơng chun ngành Thuỷ Cơng 2.3.2 TÍNH TỐN KHUNG TỒN KHỐI 2.3.2.1 KHÁI NIỆM KHUNG NGUY HIỂM 15 Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Công c Khi khung có tỷ số L/B1.5 (cơng trình có mặt chạy dài) nội lực chủ yếu gây khung ngang độ cứng khung ngang nhỏ nhiều lần độ cứng khung dọc cho phép tách riêng khung phẳng để tính( tính khung ngang) d Khi khung có tỷ số L/B1.5 độ cứng khung ngang khung dọc chênh lệch không nhiều Do nội lực khung phát sinh khung ngang khung dọc tính nội lực phải tính hai phương(khung khơng gian) 2.3.2.2 CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN a Kích thước dầm Cách 1: Tách riêng dầm, xem dầm đơn, chịu tác dụng tải trọng tính tốn q=g+p (KN/m2) xác định theo diện truyền tải sàn Moment lớn L2 M  q ; monent tính tốn chọn Mtt=(0.6-0.7)M0; chọn trước bề rộng dầm b chiều cao dầm h0  M h=(1.5-3)b; h=h0+a, b hệ số điều kiện làm b b Rb việc bê tông ) L , L nhịp dầm 12  16 Cách 2: Cũng chọn trước b: h  ( b Kích thước cột: Si a Mặt tầng thứ i Diện tích truyền tải Tải trọng truyền xuống tầng thứ i có diện tích Si ; S i  ( b Mặt cắt ngang L1  L2 ) B , tải trọng tính toán bao gồm: tỉnh tải hoạt tải sàn, trọng lượng dầm dọc , dầm ngang tường (nếu có) phạm vi Si Trọng lượng thân cột tầng xét Từ ta xác định tải trọng chúng: n  g d   bi hi  1 bt Li i 1 n  g t   bt ht  1 bt Lt i 1 n  g c   bc hc 1 bt H c ; với 1=1.1 hệ số vượt tải i 1 16 Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Công  Lực dọc truyền vào chân cột tầng xét là:Ni=gd+gc+gt+qsSi n Tổng lực dọc tác dụng lên chân cột tầng xét là: N   N i ; i 1 Với n số tầng xét Trong thực tế tính tốn sơ nên bỏ qua gd gc Nhưng cột có chịu moment gió giá trị tính tốn cần tăng them: Ntt=(1-1.5)Ni Cột xem nén tâm, diện tích tiết diện ngang cột xác định theo: Ac  N tt , từ Ac ta chọn tiết diện b,h cho cột cột khung phẳng tiết Rb diện ngang có hình chữ nhật hợp lí 2.3.2.3 SƠ ĐỒ TÍNH Trong tính tốn việc chọn sơ đồ tính quan trọng Đối với khung tồn khối, sơ đồ tính trục dầm cột; liên kết cột móng liên kết ngàm(hoặc khớp), liên kết cột dầm liên kết ngàm, lien kết cột – dàn vi kèo xem liên kết khớp 2.3.2.4 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG Tải trọng tác dụng lên khung gồm: a Tải trọng thường xuyên(tĩnh tải) gồm trọng lượng thân kết cấu, trọng lượng sàn dầm truyền vào… b Tải trọng tạm thời dài hạn gồm vật liệu, thiết bị chứa phòng kho… c Tải trọng tạm thời ngắn hạn gồm khối lượng người, vật liệu sữa chữa, tải trọng thiết bị nâng chuyển di động, tải trọng gió… d Tải trọng đặc biệt gồm tải trọng động đất, tải trọng nổ… Tuy nhiên quan niệm tính tốn xem tải trọng tạm thời dài hạn có tác dụng giống tỉnh tải Trường hợp tải trọng tác dụng lên khung + Tĩnh tải+hoạt tải toàn phần dài hạn + Hoạt tải toàn phần ngắn hạn Tuy nhiên q trình tính tốn khơng cần độ xác cao có xem tải trọng tác dụng lên khung là: + Tĩnh tải + Hoạt tải(hoạt tải ngắn hạn+hoạt tải dài hạn) Tổ hợp tải trọng: Có hai dạng tổ hợp: tổ hợp tổ hợp đặt biệt + Tổ hợp bản: gồm tĩnh tải, tải trọng tạm thời ngắn hạn, tải trọng tạm thời dài hạn + Tổ hợp đặc biệt: Gồm tĩnh tải, tải trọng tạm thời ngắn hạn, tải trọng tạm thời dài hạn tải trọng đặc biệt + Tổ hợp tải trọng có tải trọng tạm thời giá trị tải trọng tạm thời lấy tồn 17 Tài liệu Bêtơng chun ngành Thuỷ Cơng +Tổ hợp tải trọng có từ hai tải trọng tạm thời trở lên giá trị tính tốn tải rọng tạm thời nội lực tương ứng chúng phải nhân với hệ số tổ hợp 0.9 tải trọng tạm thời dài hạn tải trọng tạm thời ngắn hạn Thông thường trường hợp hoạt tải tác dụng lên khung sau: + Tĩnh tải chất đầy + Hai trường hợp hoạt tải đặt cách nhịp cách tầng +Hai trường hợp tải trọng gió +Tải trọng động đất (nếu có) 2.3.2.5.VÍ DỤ XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG LÊN DẦM KHUNG Mặt truyền tải dầm trục Xác định tải trọng tác dụng lên khung trục Thông thường tải trọng tác dụng lên khung có hai dạng dạng tải tập trung dạng phân bố Tải phân bố: a Tỉnh tải: + Trọng lượng thân dầm gd(KN/m); + Trọng lượng tường xây lên dầm có gt(KN/m); + Tải trọng sàn truyền vào (KN/m) b Hoạt tải: + Hoạt tải sàn truyền vào c Hoạt tải gió Tải trọng tập trung: Tải trọng truyền vào dầm dọc truyền vào nút khung dạng lực tập trung Tải trọng đặt nút khung gồm ( ví dụ tính cho nút B) a Tỉnh tải: + Do sàn truyền vào: Gọi S1 diện tích truyền tải từ sàn vào dầm dọc trục B ( phần gạch chéo hình) Thì Gs=gsSB (KN) + Do tường xây lên dầm dọc (nếu có): Gt=bthtLtt2(KN); Với t trọng lượng riêng tường, 2 hệ số vượt tải tường + Trọng lượng thân dầm 18 Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Công Gd=bd(hd-hb)Ldbt1 (KN); + Trọng lượng thân cột tầng ( chiều cao tầng ht): Gc= bchchtbt1 (KN) Tổng tỉnh tải tập trung nút là: GB=Gi=Gt+Gc+Gd+Gc(KN) b Hoạt tải tập trung: Hoạt tải truyền vào nút B theo diện tích S1: PB=S1Ps(KN) Tất nút lại xác định tương tự 2.3.2.6 Tổ hợp tải trọng: Có hai cách tổ hợp tải trọng ứng với hai quan niệm tải trọng: a Nếu xem hoạt tải tồn phần dài hạn có tác dụng giống tỉnh tải có tổ hợp sau đây: + Tỉnh tải + hoạt tải dài hạn chất đầy + Hoạt ngắn hạn đặt tầng lẻ + Hoạt tải ngắn hạn đặt tầng chẳn + Hoạt tải ngắn hạn đặt cách nhịp cách tầng + Hoạt tải ngắn hạn đặt liền nhịp + Hoạt tải gió b Nếu xem hoạt tải tổng hoạt tải dài hạn hoạt tải ngắn hạn (gọi chung hoạt tải tồn phần) cách tổ hợp tải trọng tuân theo nguyên tắc sau: + Tỉnh tải chất đầy + Hoạt toàn phần đặt tầng lẻ + Hoạt tải toàn phần đặt tầng chẳn + Hoạt tải toàn phần đặt cách nhịp cách tầng + Hoạt tải toàn phần đặt liền nhịp + Hoạt tải gió 2.3.2.7 Nơi lực Sau giải nội lực từ tổ hợp Bao ta chọn cặp nội lực dùng để tính thép gồm: Cặp nội lực M- max, Ntứng Cặp nội lực Nmax, Mtứng Cặp nội lực M+ max, Ntứng KHUNG CẦU CÔNG TÁC 2.4.1 CẤU TẠO: Khung cầu công tác chia làm hai loại chính: - Khung cầu cơng tác sữ dụng cấu nâng hạ cửa van cầu trục - Khung cầu công tác sữ dụng cấu nâng hạ cửa van máy nâng 19 Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Cơng Cống có cấu nâng hạ cửa van cầu trục 20 Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Cơng Cống có cấu nâng hạ cửa van máy nâng Cầu trục 2.4.2 TÍNH KẾT CẤU KHUNG 2.4.2.1 KHUNG CÓ CƠ CẤU NÂNG HẠ CỬA VAN BẰNG MÁY NÂNG lan can trụ lan can Dầm Dầm phụ S1 S2 S3 a) Mặt cắt ngang cầu công tác b) mặt sàn a Tính tốn lan can  Thanh lan can 21 Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Công Thông thường lan can cấu tạo thép ống, Thanh lan can bố trí dọc cầu cơng tác Chiều dài tính tốn lan can khỗng cách hai tim trụ lan can Thông thường cần chọn kích thước theo kinh nghiệm sau kiểm tra lại Tải trọng - Tĩnh tải: + Trọng lượng thân lan can tính 1m dài Gtlc , kN/m - Hoạt tải tác dụng gồm: Nng Nđ, kN Tính kết cấu Xem lan can ngàm hai đầu vào trụ lan can Tính tốn theo cấu kiện chịu uốn  Trụ lan can Tải trọng - Tĩnh tải: + Trọng lượng thân trụ lan can tính 1m dài Gtlc , kN/m + Trọng lượng trụ lan, kN - Hoạt tải tác dụng gồm: Nng Nđ, kN Tính kết cấu Xem trụ ngàm vào sàn Tính tốn theo cấu kiện chịu nén lệch tâm Sơ đồ đặt lực trụ lan can b Sàn cầu cơng tác  Tính tốn sàn ngồi S1 Tải trọng tác dụng Cắt 1m dài theo phương ngang cầu công tác Phần sàn xem dầm consol, tính tốn theo cấu kiện chịu uốn tiết diện bsxh = 100xhb, Tải phân bố - Trọng lượng thân sàn: G1s = 1*hb*γbt*bs , (kN/m) - Hoạt tải người: qngtt = ng*qng , (kN) với qng=3kN/m2 Tổng tải trọng phân bố tác dụng lên sàn qs (kN) Tải tập trung - Lực tập trung tác dụng lên sàn đầu mút ngồi sàn trọng lượng lan can (gồm lan can trụ lan can): Ntt 22 Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Cơng - Trọng lượng máy nâng: Gm (Pm) Tính kết cấu - Sơ đồ kết cấu Sơ đồ kết cấu sàn ngồi - Sữ dụng cơng thức kết cấu xác định Mmax, Qmax Sau tính tốn bố trí thép  Tính tốn sàn cầu công tác S3 Sàn cầu công tác giới hạn dầm chính, cắt 1m (bs=1m) theo phương vng góc dầm để tính tốn, xem dầm đơn giản ngàm hai đầu Trường hợp nguy hiểm có máy nâng đặt nhịp có người sàn lúc nâng van Tải trọng tác dụng Trọng lượng thân sàn: G1s = g*hb*γbt*bs - Hoạt tải người: qngtt = nng*qng, với qng tải trọng người tiêu chuẩn Tổng tải trọng phân bố tác dụng lên sàn: qs=G1s+qngtt (kN/m) - Tính kết cấu - Sơ đồ kết cấu qs Sơ đồ kết cấu sàn - Nội lực Sữ dụng công thức kết cấu xác định Mmax, Qmax Sau tính tốn bố trí thép  Sàn S2 Tính tốn tương tự sàn S3 b Dầm phụ Xem dầm phụ dầm đơn ngàm vào hai đầu dầm Tính cho trường hợp nguy hiểm trường hợp có máy nâng van lực nâng van tác dụng nhịp Tải trọng tác dụng 23 Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Công Tải phân bố - Trọng lượng thân : G1dp = 1*γbt*bd*hd (kN/m) - Tải trọng truyền vào từ sàn : q1 (kN/m) Tổng tải trọng phân bố tác dụng lên dầm phụ : qs =G1dp+q1 (kN/m) Tải tập trung - Do trọng lượng máy nâng truyền vào : P1 =0.5 Gm*m (kN), với m hệ số vượt tải Do lực nâng van Qn truyền vào lúc nâng van: Pn=0.5Qn ( kN)  Tổng tải tập trung tác dụng lên dầm phụ: P3  Pn  P1 (kN ) Tính kết cấu - Sơ đồ kết cấu Sơ đồ kết dầm phụ cầu công tác c Khung cầu công tác  Nếu xem trọng lượng máy nâng tỉnh tải Tỉnh tải - Trọng lượng thân - Tải trọng truyền vào từ sàn  Tổng tỉnh tải phân bố: q2 - Tải trọng tập trung máy nâng tải trọng thân dầm phụ truyền vào: P’1 Hoạt tải - Tải trọng truyền vào lúc nâng van: Pn=0.5Qn - Tải trọng truyền vào lúc hạ van: Ph=0.5Qh - Tải trọng người: qng Chú ý: Qn(Qh) lực nâng (hạ) van Từ ta có trường hợp tải trọng sau: 24 Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Công  Nếu xem trọng lượng máy nâng hoạt tải tạm thời Tỉnh tải - Trọng lượng thân - Tải trọng truyền vào từ sàn  Tổng tỉnh tải phân bố: q2 - Trọng lượng thân dầm phụ Hoạt tải - Tải trọng truyền vào lúc nâng van: P3 - Tải trọng truyền vào lúc hạ van: P4  Ph  P1 - Tải trọng người: qng 25 Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Công Chú ý: Xét lực P4 phải ý đến chiều lực P1 P1 trọng lượng máy nâng có chiều hướng xuống Ph có chiều hướng lên P4  Ph  P1 chiều P4 chiều lực lớn hai lực Ph P1 Ở trường hợp tải không xét đến trọng lượng thân dầm phụ tải trọng tương đối nhỏ cần tính tốn xác phải kể đến tải trọng tập trung Khung tính tốn khung ngang (khung theo mặt cắt ngang cống) Sau giải nội lực từ tổ hợp Bao ta chọn cặp nội lực dùng để tính thép gồm: Cặp nội lực M- max, Ntương ứng Cặp nội lực Nmax, Mtương ứng Cặp nội lực M+ max, Ntương ứng 2.4.2.2 Khung có cấu nâng hạ cửa van cầu trục: a Cấu tạo Khung chia làm hai phần Khung nhà để phai khung thân cống Dầm sàn mái Dầm cầu trục Dầm công tác b Sàn  Sàn công tác Sàn công tác ngàm vào dầm cơng tác (DCT) tính tốn sàn cơng tác ta cắt bề rộng m dài theo phương cạnh ngắn để tính tốn Tải trọng tác dụng lên sàn gồm: - Trọng lượng thân sàn - Hoạt tải người qng=3kN/m2 - Tải trọng từ lan can  Sàn cầu trục: tính tốn tương tự sàn công tác  Sàn mái che: Sàn mái che sàn đơn ngàm bốn cạnh vào dầm sàn mái, thông thường sàn mái che sàn kê bốn cạnh , thuộc sơ đồ 11 tải trọng tác dụng gồm - Trọng lượng thân sàn - Hoạt tải sữa chữa: P=0.75kN/m2 c Dầm  Dầm công tác : 26 Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Công - Dầm cơng tác nhịp thân cống: ta có tải trọng tác dụng lên dầm gồm + Tải trọng truyền vào từ sàn công tác + Trọng lượng thân dầm - Dầm công tác nhịp nhà phai: tương tự dầm công tác nhịp thân cống  Dầm cầu trục: Dầm cầu trục chịu tải trọng xe di chuyển nên muốn xác định tải trọng lên dầm phải dùng đường ảnh hưởng Xét dầm cầu trục nhịp thân cống, tải trọng tác dụng gồm: Tỉnh tải - Trọng lượng thân dầm: g1d - Tỉnh tải truyền vào từ sàn cầu trục: P1d Hoạt tải: từ dầm ray truyền vào dạng lực tập trung Gọi Pn1 hoạt tải từ bánh xe truyền vào dầm ray R1T, R1P phản lực gối dầm ray ( lực tập trung truyền vào vai cột) K khoãng cách hai bánh xe L1 khoãng cách hai dầm ray L2 khỗng cách hai trục cột cầu cơng tác, L2= 0.5TP+0.5TB+BC  Xét trường hợp nâng van: Khi nâng van xe vị trí dầm ray dầm ray nhịp nâng Ta có Pn1  G XECON  Pn R1T=R1P=Pn1 M=R1T(Y1+Y2) Q=R1T(Y3+Y4) Lực truyền lên vai cột R1T R1P 27 Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Công  Xét trường hợp Xe di chuyển:Khi nâng van xong xe di chuyển vào nhà để phai Xét trường hợp bất lợi xe chạy bên cầu trục di chuyển dần vào nhà để phai Ta có Pn1  GCV  G XECON R1T=Pn1(1+Y5)  R1P=2Pn1-R1T M=R1T Y7+R1P Y6 Q=R1T(1+Y8) Lực truyền lên vai cột bên trái R1T; vai cột bên phải R1P 28 Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Cơng Ngồi xe di chuyển đột ngột dừng lại sinh lực hãm ngang tác dụng lên cầu trục Khi cầu trục di chuyển đột ngột dừng lại sinh lực hãm dọc Nếu chế hoạt động cầu trục có xuất lực đủ lớn tính toán phải xét đến d Khung Xét khung cống có hai cửa Khung gồm năm nhịp ba nhịp thân cống hai nhịp nhà để phai Xét khung nhịp thân cống Chọn tiết diện: - Cột biên: + Cột trên: bxh=400x400 + Cột dưới: bxh=400x600 400x800 - Cột giữa: + Cột trên: bxh=400x400 400x600 + Cột dưới: b=400-600 , h= 600-1000 Tải trọng tác dụng - Trọng lượng thân khung - Trọng lượng thân mái che truyền vào khung ( có) - Trọng lượng sàn dầm cầu trục truyền vào khung (gdct) - Trọng lượng sàn dầm công tác truyền vào khung (gdctac) - Hoạt tải người truyền vào từ sàn cầu trục (qdct) - Hoạt tải người truyền vào sàn công tác (qdctac) - Hoạt tải từ dầm cầu trục truyền vào lúc nâng hạ van (R1T & R1P) Tổ hợp tải trọng: Các trường hợp tải trọng gồm - Tỉnh tải - Hoạt tải truyền vào vai cột nâng van - Hoạt tải truyền vào vai cột lúc xe di chuyển Sau giải nội lực từ tổ hợp Bao ta chọn cặp nội lực dùng để tính thép gồm: Cặp nội lực M+ max, Ntứng Cặp nội lực M- max, Ntứng Cặp nội lực Nmax, Mtứng e Tính thép cho cột Cột biên Cột biên cấu kiện chịu nén lệch tâm, thơng thường thép cột bố trí khơng đối xứng Cách tính thép phải theo ngun tắc tìm hàm lượng cốt thép nhỏ đủ chịu hai cặp nội lực có moment trái dấu Cách tính sau - Dùng cặp số (cặp có M+ max, Ntứng) tính thép đối xứng As1 A’s1 sau dung cặp để tính sữ dụng tốn biết A’s tính As với A’s2=As1 tính As2 - Dùng cặp , biết A’s3=As2 tính As3… Cứ tiếp tục với vòng thấy A’s n-1 gần Asn chọn trị số lớn bố trí thép cho cột Cột giữa: tương tự cột biên thép cột thơng thường bố trí đối xứng A’s=As f Tính thép vai cột - Gọi P lực tập trung tác dụng lên vai P=Rmax+Gd với 29 Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Công + Rmax phản lực lớn dầm ray truyền lên vai cột + Gd=1.1 (gdct+a*gr )là trọng lượng dầm cầu trục , ray đệm…nếu chưa có số liệu lấy gr=0.15-0.2kN, a khỗng cách hai tim trụ Nội dung tính thép vai cột gồm: + Kiểm tra kích thước vai cột + Tính thép chịu uốn + Tính thép đai, xiên  Kiểm tra kích thước vai cột Khi Lv3.5av PbRbtbh0 cho phép không đặt cốt xiên Bước cốt đai không lớn 150mm không lớn h/4 (h chiều cao consol) đường kính cốt xiên khơng lớn 1/15 chiều dài đoạn xiên linc không 25mm Diện tích tiết diện cốt xiên cốt đai nghiêng (bỏ qua cốt đai ngang) cắt qua phần phía đường linc từ điểm đặt tải trọng đến góc tiếp giáp mặt consol với cột không nhỏ 0.002bh0 không nhỏ P hơn: As.inc  0.15 b Rb bh02 c2 Rs sin  + c2=av+0.3h0 +  góc nghiêng cốt xiên cốt đai nghiêng so với mặt nằm ngang + h0 chiều cao có ích consol tiết diện tiếp giáp với cột 4.5.3.3 Kiểm tra nén cục vai cột 31 Tài liệu Bêtông chuyên ngành Thuỷ Cơng Sơ đồ tính nén cục lê vai cột Vai cột chịu tác dụng lực nén dầm cầu trục Tính tốn nén lên vai cột từ điều kiện + N lực nén lớn dầm truyền vào vai Bề rộng cánh dầm cầu trục : bf, đoạn gối dầm lên vai là: b1; diện tích chịu nén cục : Aloc 1=b1bf; diện tích tính tốn nén cục là: diện tích chịu nén cục bê tơng 32